家用電熱水器節(jié)能使用方式的探討

孫 園，陳天翔，張 輯，田 洪

（廈門理工學(xué)院 電氣工程與自動化學(xué)院，福建 廈門 361024）

家用電熱水器節(jié)能使用方式的探討

孫 園，陳天翔，張 輯，田 洪

（廈門理工學(xué)院 電氣工程與自動化學(xué)院，福建 廈門 361024）

通過實(shí)驗(yàn)分析，總結(jié)了電熱水器使用方式中溫度、時(shí)間、功率等因素對能耗的影響，針對不同消費(fèi)者的使用習(xí)慣，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的節(jié)能使用方案。測試結(jié)果顯示，采用節(jié)能使用方式可以有效地為用戶節(jié)省開支。

電熱水器；使用方式；節(jié)能

家用電熱水器正朝著節(jié)能的方向發(fā)展。各個(gè)廠家在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中所做的工作主要有減少熱損失和提高熱效率[1]，還有從保溫層、溫度控制器、智能化（比如：定時(shí)加熱）、“儲速兩用”、水垢清理減少散熱[2—4]等熱水器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)入手來提高節(jié)能效果，但從消費(fèi)者的角度來看，熱水器的使用方式不當(dāng)，也會造成不必要的能源浪費(fèi)，因此，近年來出現(xiàn)了對電熱水器節(jié)能運(yùn)行方式的研究。文獻(xiàn)[1]通過理論建模對電熱水器在不同設(shè)定參數(shù)和不同運(yùn)行方式下的能耗做了計(jì)算；文獻(xiàn)[2]比較分析了嚴(yán)寒地區(qū)蓄熱式和即熱式電熱水器在使用功率、加熱時(shí)間及節(jié)能性能等方面的特點(diǎn)。但目前針對不同家庭使用方式進(jìn)行的能耗測試研究還鮮有報(bào)道。

本文在實(shí)際測試的基礎(chǔ)上，分析了熱水器不同使用方式與能耗之間的關(guān)系，總結(jié)其使用過程中影響能耗的關(guān)鍵因素，并根據(jù)不同家庭的使用習(xí)慣，給出最為經(jīng)濟(jì)的使用方案和節(jié)能建議。

1 熱水器使用方式的研究

家用電熱水器的使用方式主要是指在熱水器的使用過程中，使用者對溫度、功率和時(shí)間等因素的設(shè)置。為了找出這些因素與能耗之間的關(guān)系，將熱水器的使用過程分為以下3個(gè)階段進(jìn)行測試：加熱階段、使用階段和保溫階段。測試的主要對象是一種常見的家用60 L電熱水器，帶有溫度顯示與調(diào)節(jié)功能，具備3種加熱檔位：“速熱”、“快熱”和“經(jīng)濟(jì)”，額定功率分別為2 000 W、1 200 W和800 W。

1.1 熱水器使用階段測試

使用階段的測試目的包括2個(gè)方面：一是找出不同加熱溫度與可淋浴人數(shù)的關(guān)系，二是確定熱水器淋浴過程中是否有必要繼續(xù)帶電加熱。

1.1.1 不同加熱溫度與淋浴人數(shù)關(guān)系的確定

根據(jù)中國人的淋浴習(xí)慣，平均每人每次洗澡的用水量在70 L左右[7]，水溫保持在40 ℃上下[8]，因此，測量出熱水器從某一高溫下降到40℃過程中的出水量，就可以估算出加熱到該溫度時(shí)所能提供的淋浴人數(shù)。

通過實(shí)驗(yàn)測試可知，熱水器加熱溫度為55℃時(shí)，可提供的出水量為70.6 L；65℃時(shí)，出水量128 L；75℃時(shí)，出水量205.6 L。由此可以得出，對于一個(gè)三口之家，只有一人淋浴時(shí)只需將溫度加熱到55℃，2人淋浴時(shí)加熱到65℃，一家人都淋浴時(shí)需要加熱到75℃。有了這樣的參考值，使用者就可以根據(jù)淋浴人數(shù)的不同選擇適當(dāng)?shù)募訜釡囟?，不必每次使用都加熱到最高溫度，從而省時(shí)省電。

1.1.2 帶電放水與斷電放水比較

在水溫為75℃，用“速熱”檔和“經(jīng)濟(jì)”檔2種模式分別進(jìn)行帶電放水和斷電放水測試，結(jié)果如圖1所示。數(shù)據(jù)顯示，同樣溫度下，帶電放水和斷電放水所能提供的出水量和出水時(shí)間相差無幾，而帶電放水會比斷電放水多出大約0.5 kW的電能損耗。

圖1 帶電放水與斷電放水效果比較

因此，選用斷電放水既經(jīng)濟(jì)，又不影響淋浴效果。

1.2 熱水器加熱階段測試

熱水器在加熱過程中所需要的能量與水的比熱容、水量和加熱前后溫差有關(guān)。如果不考慮散熱，將加熱過程看作一個(gè)絕熱過程，那么從理論上說，同一臺電熱水器，溫升相同，即使加熱時(shí)選擇不同檔位（即不同加熱功率），最終所消耗的電能是相等的。從另一個(gè)角度分析，加熱時(shí)選擇“經(jīng)濟(jì)”檔，雖然功率低，但耗時(shí)久，所以在能量消耗上并不一定比高功率檔位小。另外，電熱水器加熱實(shí)際過程中存在著散熱因素，因此，加熱時(shí)間越長，散熱越明顯，反而會增加能量消耗。由此可以推論：在溫升一致的條件下，儲水量小的電熱水器，整體加熱時(shí)間短，散熱因素影響小，不同檔位加熱所消耗的能量應(yīng)相差不大；反之，儲水量大的電熱水器，加熱所需時(shí)間長，散熱因素影響大，可能會出現(xiàn)低功率檔位加熱耗能更多的情況。

為了驗(yàn)證這一推論，將40 L、60 L、100 L共3種儲水量不同的同系列電熱水器都分別以3個(gè)檔位從25℃加熱至75℃，對比分析如圖2所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：①容量為40 L的電熱水器，不同檔位的耗能都在1.8～1.84 kWh之間，基本可認(rèn)為耗能相當(dāng)；②容量為60 L的電熱水器，不同檔位的耗能開始有明顯偏差，最高耗能與最低耗能相差0.26 kWh，且出現(xiàn)了低功率檔位耗能高的情況；③容量為100 L的電熱水器，也出現(xiàn)了低功率檔位耗能高的情況，且不同檔位的耗能偏差進(jìn)一步加大，最大差值0.6 kWh。

考慮到實(shí)驗(yàn)中每次加熱過程的環(huán)境條件無法做到恒定，因此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并不能充分說明散熱情況在長時(shí)間加熱過程中對能耗帶來的影響大小，但從3臺電熱水器不同檔位加熱的耗時(shí)來看，最低功率檔位的耗時(shí)一般是最高功率檔位耗時(shí)的2.5倍，即使是容量最小的40 L電熱水器，用“經(jīng)濟(jì)”檔加熱至最高溫度，也需要2 h以上。因此，綜合能耗與時(shí)間因素，若設(shè)置電熱水器加熱至某一溫度，選擇功率高的檔位更為合理；若設(shè)置電熱水器加熱同樣時(shí)間，選擇功率低的檔位更為經(jīng)濟(jì)。

圖2 加熱檔位、時(shí)間與能耗關(guān)系

1.3 熱水器保溫階段測試

熱水器的保溫階段有2種情況：一種是一直保持電源的接通狀態(tài)使之維持某一固定的水溫，這需要消耗一定的電能；另一種是斷開電源，只依靠熱水器的內(nèi)膽保溫材料進(jìn)行保溫，但水溫會因環(huán)境溫度而變化。

圖3顯示了熱水器在斷電情況下的水溫下降情況。從曲線可以看出，前6 h水溫下降速度最快，降了9℃，而后越來越慢，水溫下降速度與時(shí)間并不成線性關(guān)系。整個(gè)過程，從最高溫度75℃開始，24 h大約降溫20℃，48 h大約降溫35℃。

另外，在熱水器通電情況下測試其24 h能耗，即保溫一天所需的電能。結(jié)果如圖4所示。顯然，用“經(jīng)濟(jì)”檔保溫最為省電。

圖3 斷電過程溫度下降與時(shí)間關(guān)系

圖4 斷電過程溫度與能耗的關(guān)系

2 熱水器使用方案比較與節(jié)能建議

通過以上對熱水器使用過程中溫度、功率、加熱時(shí)間等因素與能耗之間關(guān)系的研究，可以對不同家庭的使用習(xí)慣和使用方式進(jìn)行對比分析，從中選出最為節(jié)能的使用方案。以普通的南方地區(qū)（室內(nèi)常溫約20℃）三口之家為例，選用60 L熱水器，分3種情況加以討論。

2.1 每人每天都使用熱水器

由上文的測試分析可知，三口之家每人每天都使用熱水器的情況下，需要設(shè)定加熱溫度為75℃，且使用后熱水器水溫降為40℃。為了滿足第二天同樣的使用需求，熱水器可以進(jìn)行不同的設(shè)置，假定加熱過程統(tǒng)一使用“速熱”檔，帶電保溫過程使用“經(jīng)濟(jì)”檔，得到不同設(shè)置方案與能耗的關(guān)系見表1。

表1 不同使用方案能耗對比（情況Ⅰ）

由對比結(jié)果看出，對于每人每天都使用熱水器的情況來說，使用后即刻斷電或使用后一直保持最高溫度的方式都不是最佳的，最為節(jié)能的方案是方案④，即每日淋浴后維持稍低溫度，這樣，在保溫過程中既不會產(chǎn)生太多的能耗，又能在下一次使用前快速地達(dá)到使用所需的溫度，且與最耗能的方案①相比，耗電量減少24.4%。

2.2 三人隔天使用一次熱水器

三人都需要使用熱水器，水溫也需要75℃。從表2能耗對比可知，使用后斷開熱水器電源，待下次使用前再加熱的方式比較經(jīng)濟(jì)（方案①），與持續(xù)高溫帶電方式（方案④）相比，耗電量減少45%。這是由于2次使用的間隔時(shí)間長，若采用帶電保溫的方式，能耗較高。

表2 不同使用方案能耗對比（情況Ⅱ）

2.3 每天只有一人使用熱水器

每天只有一人使用熱水器，各個(gè)使用方案的能耗對比見表3。結(jié)果表明，在每天都有人使用熱水器的情況下，持續(xù)通電且將水溫加熱至適當(dāng)溫度（方案③），與頻繁通斷電源（方案①）相比，可節(jié)省約50%的電能。

表3 不同使用方案能耗對比（情況Ⅲ）

通過以上的研究計(jì)算方法，可以得到更多使用方式的耗能情況，在此基礎(chǔ)上，給出以下節(jié)能建議：

（1）北方冬季用戶，一周使用1～2次，使用后斷開電源，再次使用需要從室溫加熱至較高溫度，宜采用較高功率的檔位，既省時(shí)也不費(fèi)電。

（2）南方夏季用戶，幾乎每天需要使用，可采用使用后中溫保溫的方式，并在使用前用低功率檔位加熱少許時(shí)間，更為節(jié)能。

（3）電熱水器加熱溫度的設(shè)定視人數(shù)和儲水容量而定。如三口之家使用60 L電熱水器，一人使用可設(shè)溫度55℃，2人使用設(shè)為65℃，一家人都使用則設(shè)為75℃。

（4）設(shè)置好適當(dāng)溫度后，在淋浴過程中，盡量關(guān)閉熱水器電源，也能減少不必要的浪費(fèi)。

3 結(jié)束語

通過對家用電熱水器使用習(xí)慣與耗能關(guān)系的研究，在大量的數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，總結(jié)出節(jié)能使用方式和使用建議。測試數(shù)據(jù)顯示，采用合理的使用方式，可節(jié)約20%～50%的電能，這對于減少每個(gè)家庭的實(shí)際消費(fèi)，以及推動整個(gè)社會的“節(jié)能減排”，都具有積極的意義。

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[1]牛紀(jì)德,周遵凱,楊先亮.電熱水器運(yùn)行方式與能耗的理論分析[J].山西建筑,2012,(38)：213-214.

[2]王鍇,劉曄.嚴(yán)寒地區(qū)冬季蓄熱式電熱水器應(yīng)用分析[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2012,(29)：52-54.

[3]馬鴻飛.電熱水器呼喚節(jié)能新產(chǎn)品[J].現(xiàn)代家電,2004,(16)：14-15.

[4]甘永長.電熱水器節(jié)能從設(shè)計(jì)開始[J].現(xiàn)代家電,2004,(16)：15.

[5]楊茂興.預(yù)即雙模為電熱水器節(jié)能提供技術(shù)條件[J].現(xiàn)代家電,2010,(17)：53-54.

[6]陳廣龍，楊茂興，徐本元.探討抗菌技術(shù)在電熱水器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].家電科技,2010,(7)：64-65.

[7]舒志新.家用熱水設(shè)備的選擇[J].中國住宅設(shè)施,2008,(1)：50-51.

[8]William R Hoover.What’s the big deal about tankless water heater[EB/OL].http：//www.structuretech1.com/wp?content/uploads/2009/01/TanklessWH_whitepaper2.pdf.

Discussion of energy?saving operation of water heater

SUN Yuan,CHEN Tian?xiang,ZHANG Ji,TIAN Hong
（Xiamen University of Technology,Xiamen 361024,China）

Water heater is one of the necessary household ap?pliances in modern life.The paper analyzed the effect to the loss with different temperature,time and power.According to the differ?ent habit of customers,the subject summarized the best operation and provided energy?saving suggestions.The result shows that these operations could save expenses for customers effectively and be helpful for the construction of conservation?conscious society.

water heater;operational mode;energy?saving

TM925.32；F407.61

B

1009-1831（2013）03-0025-04

2013-03-22

2011年福建省教育廳科技項(xiàng)目（JB11178）；廈門市重大科技項(xiàng)目（3502Z20111008）

孫園（1981），女，河南南陽人，講師，碩士，從事智能電器研究。